钢桥面外变形疲劳的冷加固构造的制作方法
【专利摘要】一种钢桥面外变形疲劳的冷加固构造，腹板的上下两端设有翼缘板、侧面设有加劲肋构成工字形钢梁，在加劲肋与翼缘板之间的腹板间隙处采用连接件将角钢的一肢与加劲肋连接、另一肢与翼缘板或腹板连接，所述的连接件为结构胶或螺栓或螺钉，用结构胶或螺栓将角钢的一肢与加劲肋连接、用结构胶或螺栓或螺钉将角钢的另一肢与翼缘板连接；用结构胶或螺栓将角钢的一肢与加劲肋连接、另一肢与腹板连接。本发明提高了钢桥竖向加劲肋与翼缘板之间腹板间隙处的刚度，减小了腹板间隙处的面外变形，从而达到加固腹板间隙面外变形疲劳细节的目的。同时，采用冷加固方法，没有引入焊接残余应力等不利影响，具有施工方便、操作简单、成本低廉、性能优良的特点。
【专利说明】钢桥面外变形疲劳的冷加固构造
【技术领域】
[0001] 本发明属于桥梁工程【技术领域】，具体涉及一种钢桥面外变形疲劳的冷加固构造。
【背景技术】
[0002] 随着钢桥的建设和使用，钢桥的疲劳问题也逐渐凸显。钢桥设计中，各主梁之间的 横向连接是通过横撑与主梁腹板焊接的坚向加劲肋的连接来实现的，为了避免坚向加劲肋 和主梁受拉翼缘板之间的焊接细节发生疲劳失效，通常在坚向加劲肋与主梁受拉翼缘板之 间留有几十毫米的腹板间隙。在运营车辆荷载作用下各钢主梁之间会产生挠度差，从而使 刚度较小的腹板间隙处发生面外弯曲变形，引起焊接细节处较大的二次应力，导致疲劳裂 纹在此处萌生和扩展，严重影响桥梁的安全。
[0003] 传统的阻止钢桥中疲劳裂纹继续扩展的技术方案是在裂纹尖端加工止裂孔，但经 过试验室疲劳试验和实际桥梁监测，发现止裂孔不能有效地阻止由面外变形引起疲劳裂纹 的进一步扩展，并且还会削弱构造细节的局部刚度。因此，如何对钢桥的面外变形疲劳细节 进行有效加固，是急需解决的一个关键技术问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于克服传统阻止钢桥中疲劳裂纹继续扩展技术的 不足，提供一种设计合理、结构简单、施工方便的钢桥面外变形疲劳的冷加固构造。
[0005] 解决上述技术问题所采用的技术方案是：腹板的上下两端设置有翼缘板、侧面设 置有加劲肋构成工字形钢梁，在加劲肋与翼缘板之间的腹板间隙处采用连接件将角钢的一 肢与加劲肋连接、另一肢与翼缘板或腹板连接。
[0006] 本发明的连接件为：结构胶或螺栓或螺钉，将角钢的一肢用结构胶或螺栓与加劲 肋连接、另一肢用结构胶或螺栓或螺钉与翼缘板连接。
[0007] 本发明的连接件为：结构胶或螺栓，将角钢的一肢用结构胶或螺栓与加劲肋连接、 另一肢用结构胶或螺栓与腹板连接。
[0008] 本发明的加劲肋与腹板用角钢连接为：角钢的两肢分别与腹板、加劲肋用结构胶 粘结；本发明的加劲肋与翼缘板用角钢连接为：角钢的两肢分别与翼缘板、加劲肋用结构 胶粘结。
[0009] 本发明的加劲肋与腹板用角钢连接为：角钢的两肢分别与腹板、加劲肋通过螺栓 连接；本发明的加劲肋与翼缘板用角钢连接为：角钢的两肢分别与翼缘板、加劲肋通过螺 栓连接。
[0010] 本发明的加劲肋与腹板用角钢连接为：角钢一肢与腹板用螺栓连接、另一肢用结 构胶粘结在加劲肋上；本发明的加劲肋与翼缘板用角钢连接为：角钢一肢与加劲肋通过螺 栓连接、另一肢通过结构胶粘结在翼缘板上。
[0011] 本发明的加劲肋与翼缘板用角钢连接为：角钢的一肢与翼缘板用结构胶粘结并用 螺钉固定、另一肢与加劲肋用螺栓连接。
[0012] 由于本发明采用结构胶或者螺栓或者螺钉将角钢与加劲肋和翼板，或腹板和加劲 肋进行连接，即采用结构胶粘结角钢、螺栓连接角钢或者螺栓和结构胶相结合连接角钢的 方式，以及螺栓和结构胶及螺钉组合连接的方式，将角钢与加劲肋和翼板，或腹板和翼板进 行连接，提高钢桥坚向加劲肋与翼板之间腹板间隙处的刚度，降低或消除了腹板间隙处的 面外变形，从而达到加固钢桥腹板间隙面外变形疲劳细节的目的。同时，避免采用焊接等热 加固方式引入的残余应力和新的焊接缺陷，具有施工方便、操作简单、成本低廉、性能优良 的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例1的结构示意图。
[0014] 图2是图1中角钢2与加劲肋3及翼缘板1用结构胶6连接的示意图。
[0015] 图3是图1中角钢2与加劲肋3及翼缘板1用螺栓7连接的示意图。
[0016] 图4是图1中角钢2与加劲肋3及翼缘板1用螺栓7和结构胶6混合连接的示意 图。
[0017] 图5是图1中角钢2与加劲肋3及翼缘板1用螺栓7和螺钉8混合连接的示意图。
[0018] 图6是图1中角钢2与加劲肋3及翼缘板1用结构胶6和螺钉8混合连接的示意 图。
[0019] 图7是图1中角钢2与加劲肋3及翼缘板1用螺栓7和结构胶6及螺钉8混合连 接的示意图。
[0020] 图8是图1中角钢2与加劲肋3及腹板4的连接示意图。
[0021] 图9是图8中角钢2与加劲肋3及腹板4用结构胶6连接的A-A剖视图。
[0022] 图10是是图8中角钢2与加劲肋3及腹板4用螺栓7连接的A-A剖视图。
[0023] 图11是图8中角钢2与加劲肋3及腹板4用结构胶6和螺栓7混合连接的A-A 剖视图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施 情形。
[0025] 实施例1
[0026] 在图1、2中，本实施例的钢桥面外变形疲劳的冷加固构造是由翼缘板1、加劲肋3、 腹板4、角钢2连接构成。
[0027] 腹板4的上下两端设置有翼缘板1、侧面设置有加劲肋3构成工字形钢梁，工字形 钢梁顶部安装有混凝土桥面板5,翼缘板1是长为600_、宽度为300_、厚度为24_的矩形 钢板，腹板4是长为600mm、高度为870mm、厚度为8mm的矩形钢板，加劲肋3是长为120mm、 高度为790mm、厚度为6mm的矩形钢板。在腹板间隙处的翼缘板1与加劲肋3之间用结构胶 6粘结有角钢2,该角钢2选用L形140mmX 140mmX 14mm的标准型单角钢。
[0028] 上述钢桥面外变形疲劳的冷加固方法如下：
[0029] 1)对腹板4、加劲肋3、翼缘板1、角钢2的粘结面做清理、打毛处理；
[0030] 2)在角钢2、加劲肋3、翼缘板1的粘贴面上均匀涂抹结构胶6,将角钢2粘贴到清 理、打毛处理后的位置；
[0031] 3)结构胶6与角钢2充分接触且没有气泡后，用夹子将角钢2位置固定，养护到结 构胶6固化，拆除夹子，完成加固。
[0032] 实施例2
[0033] 上述实施例1中的角钢2选用140mmX 140mmX 14mm的双角钢替换，其他零部件及 零部件之间的连接关系与实施例1相同。
[0034] 上述钢桥面外变形疲劳的冷加固方法与实施例1相同。
[0035] 实施例3
[0036] 上述实施例1中的角钢2用300mmX 150mmX 150mmX 14mm的T型钢替换，其他零 部件及零部件之间的连接关系与实施例1相同。
[0037] 上述钢桥面外变形疲劳的冷加固方法与实施例1相同。
[0038] 实施例4
[0039] 在以上实施例1?3中，图3所示，角钢2的两肢分别与翼缘板1和加劲肋3相对 应的位置加工有螺栓孔并用螺栓7紧固，翼缘板1、加劲肋3与腹板4的连接关系与实施例 1相同。
[0040] 上述钢桥面外变形疲劳的冷加固方法如下：
[0041] 1)对翼缘板1、加劲肋3和角钢2的结合面做清理、打毛处理后，在翼缘板1和加 劲肋3及角钢2的对应位置加工螺栓孔；
[0042] 2)用螺栓7将角钢2位置固定并用扭矩扳手将螺栓7紧固至预紧力，完成加固。
[0043] 实施例5
[0044] 在以上实施例1?3中，图4所示，角钢2的一肢与翼缘板1采用结构胶6粘结、 另一肢和加劲肋3在相对应的位置加工有螺栓孔并用螺栓7紧固，或者角钢2的一肢与翼 缘板1在相对应的位置加工有螺栓孔并通过螺栓7紧固、另一肢与加劲肋3采用结构胶6 粘结，翼缘板11、加劲肋3与腹板4的连接关系与实施例1相同。
[0045] 上述钢桥面外变形疲劳的冷加固方法如下：
[0046] 1)对腹板4、加劲肋3和角钢2的结合面做清理、打毛处理后，在角钢2、腹板4或 者加劲肋3的对应位置加工螺栓孔；
[0047] 2)在翼缘板1或加劲肋3、角钢2粘贴面上均匀涂抹结构胶6,将角钢2粘贴到清 理、打毛处理后的位置；
[0048] 3)结构胶6与角钢2充分接触且没有气泡后，用夹子将角钢2位置固定，养护到结 构胶6固化。
[0049] 4)用螺栓7将角钢2的一肢固定在加劲肋3上或者固定在翼缘板1上，并用扭矩 扳手将螺栓7紧固至预紧力。
[0050] 实施例6
[0051] 在以上实施例1?3中，图5所示，角钢2的一肢与翼缘板1采用螺钉8紧固、另 一肢和加劲肋3在相对应的位置加工有螺栓孔并通过螺栓7紧固，翼缘板1、加劲肋3与腹 板4的连接关系与实施例1相同。
[0052] 上述钢桥面外变形疲劳的冷加固方法如下：
[0053] 1)对腹板4、加劲肋3、翼缘板1和角钢2的结合面做清理、打毛处理后，在角钢2 一肢、翼缘板1对应位置加工有螺孔，角钢2另一肢、加劲肋3对应位置加工螺栓孔；
[0054] 2)用螺钉8将角钢2 -肢与翼缘板1紧固，角钢2另一肢通过螺栓7将位置固定 在加劲肋3上并用扭矩扳手将螺栓7紧固至预紧力。
[0055] 实施例7
[0056] 在以上实施例1?3中，图6所示，角钢2的一肢与加劲肋3采用结构胶6粘结、 另一肢与翼缘板1用结构胶6粘结并在相应的位置加工有螺孔用螺钉8紧固，翼缘板1、加 劲肋3与腹板4的连接关系与实施例1相同。
[0057] 上述钢桥面外变形疲劳的冷加固方法如下：
[0058] 1)对加劲肋3、翼缘板1和角钢2的结合面做清理、打毛处理后，在角钢2 -肢、翼 缘板1对应位置加工有螺孔；
[0059] 2)在翼缘板1、加劲肋3、角钢2粘贴面上均匀涂抹结构胶6,将角钢2粘贴到清理、 打毛处理后的位置；
[0060] 3)结构胶6与角钢2充分接触且没有气泡后，用夹子将角钢2位置固定，养护到结 构胶6固化，用螺钉8将角钢2有螺孔的一肢与翼缘板1紧固。
[0061] 实施例8
[0062] 在以上实施例1?3中，图7所示，角钢2的一肢与翼缘板1采用结构胶6粘结并 在相对应的位置加工有螺孔用螺钉8紧固、角钢2的另一肢和加劲肋3相对应的位置加工 有螺栓孔并用螺栓7紧固，翼缘板1、加劲肋3与腹板4的连接关系与实施例1相同。
[0063] 上述钢桥面外变形疲劳的冷加固方法如下：
[0064] 1)对翼缘板1、加劲肋3和角钢2的结合面做清理、打毛处理后，在角钢2 -肢、翼 缘板1相对应的位置加工螺孔，角钢2另一肢、加劲肋3上对应位置加工螺栓孔；
[0065] 2)在翼缘板1、角钢2 -肢的粘贴面上均匀涂抹结构胶6,将角钢2的一肢粘贴到 翼缘板1清理、打毛处理后的位置；
[0066] 3)用螺钉8将角钢2 -肢固定在翼缘板1上，用螺栓7将角钢2另一肢固定在加 劲肋3上并用扭矩扳手将螺栓7紧固至预紧力，完成加固。
[0067] 实施例9
[0068] 在以上实施例1、2、4、5中，图8、9、10、11所示，腹板间隙处的加固位置由加劲肋3 与翼缘板1之间改变为加劲肋3与腹板4之间，即角钢2的一肢与加劲肋3连接、另一肢与 腹板4连接，角钢2与加劲肋3及腹板4的连接方式与相应的实施例相同。
[0069] 在加固方法中，步骤与相应的实施例相同。
[0070] 试验 1
[0071] 为了测试加固效果，发明人进行了加固效果评定试验，预先在工字形钢梁试件上 预备了疲劳裂纹，采用螺栓7和角钢2连接加劲肋3与腹板4的方法进行加固，对加固后的 试件进行了试验。试验情况如下：
[0072] -、测试仪器
[0073] MTS伺服液压控制系统；日本产TDS - 602静态电阻应变仪；浙江省温岭市科特电 子仪器厂产WBD型机电百分表。
[0074] 二、加固效果实验
[0075] 1、试件设计参数
[0076] 试件钢材采用Q345钢，弹性模量为2. 06X 105MP。本试验所加固的试件与实施例 4中的规格相同，加固方式为角钢2的两肢分别与腹板4和加劲肋3用螺栓7紧固，两加载 点间距为440mm。
[0077] 2、实验装置及加载步骤
[0078] 试件的两个翼缘板1均用螺栓7固定在定做的底座上，在加劲肋3上垂直于腹板 4循环加载模拟实桥中横撑传递的荷载，试验时先对试件进行预制裂纹疲劳加载，直到在加 劲肋3与腹板间隙处的腹板4萌生裂纹。对有预制裂纹的试件加固前进行一次静载试验， 测试在加固前各测试点的位移与应力，最后进行循环加载验证该冷加固构造的有效性。
[0079] 3、试验结果及分析
[0080] 采用螺栓7连接角钢2加固前和加固后的试验结果见表1。表1中的面外变形幅 值为腹板4有加劲肋3侧腹板间隙处的面外变形幅值，测点的应力幅为腹板4与加劲肋3 焊趾处的应力幅值。
[0081] 表1加固前后试件的测点面外变形幅值和应力幅
【权利要求】
1. 一种钢桥面外变形疲劳的冷加固构造，腹板（4)的上下两端设置有翼缘板（1)、侧面 设置有加劲肋（3)构成工字形钢梁，其特征在于：在加劲肋（3)与翼缘板（1)之间的腹板间 隙处采用连接件将角钢（2)的一肢与加劲肋（3)连接、另一肢与翼缘板（1)或腹板（4)连 接。
2. 根据权利要求1所述的钢桥面外变形疲劳的冷加固构造，其特征在于所述的连接件 为：结构胶（6)或螺栓（7)或螺钉（8)，角钢⑵的一肢用结构胶（6)或螺栓（7)与加劲肋 (3)连接、另一肢用结构胶（6)或螺栓（7)或螺钉（8)与翼缘板（1)连接。
3. 根据权利要求1所述的钢桥面外变形疲劳的冷加固构造，其特征在于：所述的连接 件为：结构胶（6)或螺栓（7)，角钢⑵的一肢用结构胶（6)或螺栓（7)与加劲肋（3)连接、 另一肢用结构胶（6)或螺栓（7)与腹板（4)连接。
4. 根据权利要求1或2或3所述的钢桥面外变形疲劳的冷加固构造，其特征在于所述 的加劲肋（3)与腹板（4)用角钢（2)连接为：角钢（2)的两肢分别与腹板（4)、加劲肋（3) 用结构胶（6)粘结；所述的加劲肋（3)与翼缘板（1)用角钢（2)连接为：角钢（2)的两肢分 别与翼缘板（1)、加劲肋（3)用结构胶（6)粘结。
5. 根据权利要求1或2或3所述的钢桥面外变形疲劳的冷加固构造，其特征在于所述 的加劲肋（3)与腹板（4)用角钢（2)连接为：角钢（2)的两肢分别与腹板（4)、加劲肋（3) 通过螺栓（7)连接；所述的加劲肋⑶与翼缘板⑴用角钢⑵连接为：角钢⑵的两肢分 别与翼缘板（1)、加劲肋（3)通过螺栓（7)连接。
6. 根据权利要求1或2或3所述的钢桥面外变形疲劳的冷加固构造，其特征在于所述 的加劲肋（3)与腹板（4)用角钢（2)连接为：角钢（2) -肢与腹板（4)用螺栓（7)连接、另 一肢用结构胶（6)粘结在加劲肋（3)上；所述的加劲肋（3)与翼缘板（1)用角钢（2)连接 为：角钢（2) -肢与加劲肋（3)通过螺栓（7)连接、另一肢通过结构胶（6)粘结在翼缘板 Q)上。
7. 根据权利要求1或2所述的钢桥面外变形疲劳的冷加固构造，其特征在于所述的加 劲肋（3)与翼缘板（1)用角钢（2)连接为：角钢（2)的一肢与翼缘板（1)用结构胶（6)粘 结并用螺钉（8)固定、另一肢与加劲肋（3)用螺栓（7)连接。
【文档编号】E01D19/12GK104060550SQ201410309258
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】王春生, 王茜, 魏晓强, 孙宇佳, 段兰, 翟慕赛, 赵金伟 申请人:长安大学